Badania mikrostruktury po obróbce cieplno – plastycznej

Badania mikrostruktury przeprowadzono w wybranych miejscach na przekrojach wzdłużnych odkształconych próbek. Wypolerowane zgłady trawiono 4% pikralem. Obserwację mikrostruktur z użyciem mikroskopu świetlnego prowadzono wykorzystując technikę jasnego i ciemnego pola widzenia. Ze względu na niejednorodność intensywności odkształcenia wykonano dokumentację mikrostruktur w kilku miejscach oznaczonych na rysunku 3.41. Miejsca obserwacji, tj. strefy, w których występują najmniejsze i największe intensywności odkształcenia oznaczono odpowiednio I i II, a miejsca, w których odkształcenia mają pośrednie wartości, III.

Intensywność odkształcenia εi w wyszczególnionych miejscach zawiera się w przedziałach:

 εi(I)= do 0,3

 εi(II)= 1,5-2,4

 ε_i(III)= 1,0-1,4

Rys. 3.41. Przekrój próbki wraz z naniesionym rozkładem intensywności odkształcenia i zaznaczonymi miejscami obserwacji mikrostruktury I, II, III

I II

73 Mikrostrukturę spieków po obróbce cieplnej złożonej z hartowania i wyżarzania sferoidyzującego i przeprowadzonym odkształcaniu w temperaturze zbliżonej do temperatury końca przemiany austenitycznej 775°C z prędkością odkształcenia 0,001 i 1 s-1

, przedsta-wiono na rysunku 3.42 – 3.43. Zdjęcia mikrostruktur wykonano w miejscach I, II (Rys. 3.41).

Rys. 3.42. Mikrostruktura po odkształceniu materiału o wyjściowej o mikrostrukturze sferoidalnej w temperaturze 775°C z prędkością odkształcenia 0,001 s^-1

Rys. 3.43. Mikrostruktura po odkształceniu materiału o wyjściowej mikrostrukturze sferoidalnej w temperaturze 775°C z prędkością odkształcenia 1 s^-1

Odkształcenie w procesie OCP stali Fe-0,85Mo-0,65Si-1,4C o wyjściowej mikrostrukturze złożonej z ferrytu i sferoidalnego cementytu (rys. 3.8) spowodowało ujednorodnienie mikrostruktury. Efekt ten widoczny jest w strefie odpowiadającej dużej intensywność odkształcenia. W materiale odkształconym z mniejszą prędkością odkształcenia obserwuje się wzrost wielkości sferoidalnego cementytu, co jest związane z koagulacją Fe₃C w trakcie procesu.

Mikrostrukturę stali spiekanej Fe-0,85Mo-0,65Si-1,4C o wyjściowej mikrostrukturze złożonej z perlitu, ferrytu i cementytu (rys. 3.6), odkształconej w temperaturze 700 i 775°C z prędkością odkształcenia 0,001 s-1

przedstawiono na rysunkach 3.44 i 3.45. Zdjęcia mikrostruktur wykonano w miejscach I, II, III jak zaznaczono na rysunku 3.41.

I II

74 Rys. 3.44. Mikrostruktura po odkształceniu w temperaturze 700°C z prędkością

odkształcenia 0,001 s-1

stali o wyjściowej mikrostrukturze złożonej z perlitu, ferrytu i cementu z odkształceniem ε = 0,79

w miejscach gdzie intensywność odkształcenia ε_i wynosiła odpowiednio:

I - 0,03 , II - 1,75 , III - 1,04

Rys. 3.45. Mikrostruktura po odkształceniu w temperaturze 700°C z prędkością

odkształcenia 0,001 s-1

materiału wyjściowego o mikrostrukturze złożonej z perlitu, ferrytu i cementu z odkształceniem ε = 0,7 w miejscach gdzie intensywność odkształcenia εi wynosiła odpowiednio: I - 0,03, II - 2,42, III - 1,36

I II

III

I II

75 W wyniku odkształcania spiekanej stali Fe-0,85Mo-0,65Si-1,4C nastąpiły znaczne zmiany w mikrostrukturze. Szczególnie są one widoczne w miejscach o dużej wartości intensywności odkształcenia, gdzie cementyt występuje w formie sferoidalnej. Poza cementytem widoczne są kolonie perlitu o wielkości kilkunastu mikrometrów. Węgliki układają się w osnowie ferrytu w postaci pasm w kierunki płynięcia materiału (rys. 3.44-II, rys. 3.45-II), co jest szczególnie widoczne w próbkach materiału odkształconego w temperaturze 775°C. W spiekach odkształconych w temperaturze 700°C w miejscu I, o małej intensywności odkształcenia, nastąpiły niewielkie zmiany w mikrostrukturze. Widoczna jest siatka cementytu, wzdłuż której lokalizują się kolonie perlitu, miejscami widoczne są obszary, w których występuje sferoidalny cementyt. W próbkach odkształconych w temperaturze 775°C udział sferoidalnego cementytu w tych obszarach jest większy. Natomiast w miejscu III, gdzie intensywność odkształcenia jest większa się εi > 1, dominuje cementyt sferoidalny w mikrostrukturze.

Mikrostrukturę spieków w stanie wyjściowym po hartowaniu, odkształconych w temperaturze 700 i 775°C z prędkością odkształcenia 0,001 s-1

przedstawiono na rysunkach 3.46 i 3.47. Zdjęcia mikrostruktur wykonano w miejscach I, II, III (rys. 3.41).

Rys. 3.46. Mikrostruktura po odkształceniu w temperaturze 700°C z prędkością

odkształcenia 0,001 s^-1 materiału

o wyjściowej mikrostrukturze martenzytycznej z odkształceniem ε = 0,76, w miejscach

gdzie intensywność odkształcenia εi wynosi odpowiednio:

I - 0,03 , II - 1,73 , III - 1,07

I II

76 Rys. 3.47. Mikrostruktura po odkształceniu w temperaturze 775°C z prędkością

odkształcenia 0,001 s-1

materiału

o wyjściowej mikrostrukturze martenzytycznej z odkształceniem ε = 0,95, w miejscach gdzie intensywność odkształcenia εi wynosi

odpowiednio:

I - 0,09 , II - 2,3, III - 1,26

Odkształcanie hartowanej stali Fe-0,85Mo-0,65Si-1,4C w temperaturze 700°C spowodowało przebudowę wyjściowej mikrostruktury martenzytycznej (rys. 3.7). W wyniku przeprowadzonego procesu powstała mikrostruktura charakteryzująca się niejednorodnym rozmieszczeniem cementytu w ferrycie. W miejscach o małej intensywności odkształcenia występuje charakterystyczny rozkład wydzieleń Fe3C dla wysoko odpuszczonego martenzytu. Jasne obszary, na mikrostrukturze wykonanej techniką jasnego pola widzenia stanowią miejsca, w których uprzednio występowały płytki martenzytu. Bardziej równomierne rozmieszczenie cementytu obserwuje się w miejscach, w których, występują większe wartości intensywności odkształcenia. Z kolei w tym samym materiale odkształconym w temperaturze 775°C, a więc w temperaturze zbliżonej do końca przemiany austenitycznej, nastąpiła całkowita przebudowa mikrostruktury. Sferoidalny cementyt rozłożony jest równomiernie w osnowie ferrytu. Efekt ten jest szczególnie widoczny w miejscach oznaczonych II i III, tj. w obszarach gdzie intensywność odkształcenia wynosi εi > 1,0.

Wyniki obserwacji mikrostruktury stali Fe-0,85Mo-0,65Si-1,4C po hartowaniu, odkształconej z prędkością odkształcenia 0,01, 0,1, 1 s-1

przedstawiono rysunkach 3.48-3.50. Zdjęcia mikrostruktur wykonano w miejscach I, II, III (rys. 3.41).

I ^II

77 Rys. 3.48. Mikrostruktura po odkształceniu ε = 0,85 w temperaturze 775°C z prędkością odkształcenia 0,01 s-1

materiału o wyjściowej mikrostrukturze martenzytu w miejscach gdzie intensywność

odkształcenia εi wynosi odpowiednio: I - 0,16, II - 1,54,III - 1,04

Rys. 3.49. Mikrostruktura po odkształceniu ε = 0,8 w temperaturze 775°C z prędkością odkształcenia 0,1 s-1

materiału o wyjściowej mikrostrukturze martenzytu, w miejscach gdzie intensywność

odkształcenia εi wynosi: I - 0,20, II - 1,14, III - 1,03 I _II III I II II

78 Rys. 3.50. Mikrostruktura po odkształceniu ε = 0,83 w temperaturze 775°C z prędkością odkształcenia 1 s-1materiału o wyjściowej mikrostrukturze martenzytu w miejscach gdzie intensywność odkształcenia εi wynosi: I - 0,06, II - 1,96, III - 1,14

Analogicznie jak w przypadku obróbki cieplno – plastycznej realizowanej z prędkością odkształcenia ε 0,001 s-1

w temperaturze 775°C, w wyniku odkształcenia z większą prędkością odkształcenia ε tj. 0,01, 0,1 i 1,0 s-1

również nastąpiła znaczna przebudowa mikrostruktury i sferoidyzacja cementytu. Proces przebudowy mikrostruktury nastąpił zarówno w miejscach o dużej jak i małej intensywności odkształcenia. W miejscach odpowiadających dużej intensywności odkształcenia mikrostruktura jest bardziej jednorodna, szczególnie widoczne jest to w przypadku próbki odkształconej z prędkością odkształcenia wynoszącą 1 s-1

. Wraz z większą prędkością zrealizowanego odkształcenia można zauważyć w przebudowanej mikrostrukturze coraz mniejsze wydzielenia Fe3C. Po odkształcaniu z prędkością odkształcenia 0,1 i 1 s-1

węgliki Fe3C, przy danym powiększeniu na mikroskopie świetlnym, są trudno odróżnialne. Efekt ten związany jest czasem trwania realizacji odkształcania. Przy mniejszych prędkościach ze względu na dłuższy czas trwania odkształcania, zachodzi zjawisko koagulacji cementytu.

Mikrostrukturę po procesie OCP z prędkością odkształcenia 0,01, 0,1, 1 s-1

z przeprowadzonym bezpośrednio po odkształceniu wyżarzaniem w temperaturze 775°C przedstawiono na rysunkach 3.51 - 3.54. Zdjęcia mikrostruktur wykonano w miejscach I, II, III (rys. 3.41).

I II

79 Rys. 3.51. Mikrostruktura po odkształceniu ε = 0,83 w temperaturze 775°C z prędkością odkształcenia 0,01 s-1

materiału

o wyjściowej mikrostrukturze martenzytu oraz przeprowadzonym wyżarzaniu bezpośrednio po odkształceniu w miejscach gdzie

intensywność odkształcenia εi wynosi odpowiednio: I - 0,15, II - 1,5, III - 1,0

Rys. 3.52. Mikrostruktura po odkształceniu ε = 0,86 w temperaturze 775°C z prędkością odkształcenia 0,1 s-1

materiału

o wyjściowej mikrostrukturze martenzytu oraz przeprowadzonym wyżarzaniu bezpośrednio po odkształceniu w miejscach, gdzie

intensywność odkształcenia εi wynosi odpowiednio: I - 0,09, II - 1,85, III - 1,20

I II

I II

III

80 Rys. 3.53. Mikrostruktura po odkształceniu ε = 0,87 w temperaturze 775°C z prędkością odkształcenia 1 s-1

materiału

o wyjściowej mikrostrukturze martenzytu i wyżarzaniu bezpośrednio po odkształceniu, w miejscach gdzie intensywność

odkształcenia ε_i wynosi odpowiednio: I- 0,12 II - 2,49, III - 1,14

Rys. 3.54. Mikrostruktura po odkształceniu ε = 0,84 w temperaturze 825°C z prędkością odkształcenia 1 s-1

materiału

o wyjściowej mikrostrukturze martenzytu i wyżarzaniu bezpośrednio po odkształceniu w temperaturze 775°C I I II II III III

81 We wszystkich spiekach, które poddano wyżarzaniu bezpośrednio po odkształcaniu w odniesieniu do próbek, które nie były wyżarzane nastąpiła koagulacja cementytu. Efekt ten jest szczególnie zauważalny w próbkach odkształconych z największą prędkością odkształcenia 0,01 i 1 s^-1, których czas wyżarzania po odkształcaniu był najdłuższy. W wyniku wyżarzania ujednorodniona została mikrostruktura, nie ma większych różnic w mikrostrukturze w miejscach odpowiadających małej i dużej intensywności odkształcenia. Wyżarzanie bezpośrednio po odkształceniu doprowadziło do rozpuszczenia znacznej ilości cementytu w austenicie, w wyniku, czego po schłodzeniu powstał perlit. Kolonie perlitu charakteryzują się wielkością rzędu kilku mikrometrów. Najwięcej perlitu występuje w próbkach (w miejscu I i III) odkształconych w temperaturze 775 oraz 825°C z prędkością odkształcenia = 1 s-1

.

Odkształcanie stali Fe-0,85Mo-0,65Si-1,4C w temperaturze 700, 775°C zachodzi mechanizmem poślizgu, a także mechanizmem aktywowanym cieplnie tj. poprzez pełzanie dyslokacyjne, podczas którego usuwane są częściowo lub w całości skutki umocnienia w procesie zdrowienie dynamicznego czy w procesie rekrystalizacji dynamicznej. Rekrystalizacja dynamiczna stali Fe-0,85Mo-0,65Si-1,4C zachodzi w wyższej temperaturze odkształcania tj. 775°C.

Przyspieszona sferoidyzacja cementytu w stali hartowanej w procesie OCP wynika z dużej gęstości defektów w strukturze krystalicznej, oraz powstającymi defektami w trakcie odkształcania, które ułatwiają mechanizmy dyfuzji węgla.